Untersuchung der Wechselwirkung von Bakterien mit mikrostrukturierten Oberflächen an der TU Kaiserslautern

JPK Instruments, ein weltweit führender Hersteller von Nanoanalytik-Instrumenten für den „Life Sciences“- und „Soft Matter“-Bereich, berichtet über den Einsatz des NanoWizard® 3 Rasterkraftmikroskops (engl. AFM – Atomic Force Microscope) zur Untersuchung der Wechselwirkung von biologischen Molekülen/Organismen mit mikrostrukturierten Oberflächen am Fachbereich Physik der Technischen Universität Kaiserslautern.

Dr. Christine Müller-Renno ist wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Gruppe von Professor Christiane Ziegler am Fachbereich Physik der Technischen Universität Kaiserslautern. Die Gruppe beschäftigt sie sich v.a. mit Interaktionen von biologischen Molekülen/Organismen (Proteine, Bakterien, Viren) mit Grenzflächen. Weitere Forschungsthemen beinhalten organische Elektronik, sowie Katalysatoren und schmutzabweisende Beschichtungen aus Nanomaterialien.

Die Gruppe setzt das JPK NanoWizard® 3 AFM u.a. für die Untersuchung der Wechselwirkung von Bakterien mit mikrostrukturierten Oberflächen ein. Im Rahmen des SFB926 erforschen sie die Interaktion einzelner Bakterien mit Titan-Oberflächen mit gefrästen Mikronuten, und untersuchen dabei neben Adhäsionskräften und lateralen Scherkräften die elastischen Eigenschaften der adhärenten Bakterien, z.B. in Abhängigkeit des pH-Wertes. Das Ziel dieser Forschungsarbeiten ist, die Kombination aus Oberflächenstruktur und Bakterien zu finden, die sich am besten für die Herstellung eines Biofilmreaktors eignet. Das NanoWizard® 3 AFM wird in der Arbeitsgruppe zudem für Einzelmolekülspektroskopie eingesetzt. Dabei wird die Adhäsion von einzelnen Proteinmolekülen auf verschiedenen Oberflächen gemessen und die Werte mit den aus Simulationsexperimenten gewonnenen Ergebnissen (sog. „Molecular Modelling“) verglichen.

Die Rasterkraftmikroskopie wird auf Grund ihrer flexiblen Einsatzmöglichkeiten an biologischen Proben und Oberflächen unter verschiedenen Bedingungen, z.B. in Flüssigkeiten, in Luft, etc., verwendet. Dabei liefert die Methode Erkenntnisse über Wechselwirkungen, die direkt an der Oberfläche stattfinden, wie z.B. die Wechselwirkung zwischen Proteinen und einer Oberfläche, und das mit sehr hoher Auflösung. Des Weiteren besteht die Möglichkeit während der Messung der elastischen Eigenschaften einer Probe gleichzeitig die Topographie der Probe abzubilden.

Die Gruppe verwendet verschiedene Rasterkraftmikroskope neben Licht- und Rasterelektronenmikroskopen. Dr. Müller-Renno über die Vorteile des NanoWizard® 3 AFMs: „Ein entscheidender Vorteil für uns ist die außerordentlich gute Kombinierbarkeit von Rasterkraft- und Lichtmikroskopie, selbst für undurchsichtige Proben. Außerdem erfüllt das Gerät alle Voraussetzungen, die wir für unsere biologischen Forschungsarbeiten/Fragestellungen benötigen.“

 

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